这篇文章目前谷歌引用1700+，应该是ad hoc中多径路由比较经典的文章，但年代比较久远。我第一次阅读相关文献，所以做了很认真的翻译和分析，有问题欢迎交流
概述
由于当前ad hoc网络都是单径路由的，本文提出多径来帮助减少动态导致的路由恢复并提升网络资源利用率。本文的方案是基于按需建路由的思路，整体分为路由发现、保持和分流方案。
路由发现：源节点向整个网络洪泛路由请求，同一个中间节点收到请求后判断该请求来自不同的前向节点且跳数更少才会继续传递否则就丢掉。目标节点先选用最短时延的一条路径，然后等待一段时间，选择与第一条路最大互斥的第二条路
路由维护：一种是只有所有路由断开才会启动路由恢复程序，另一种是只要有一个断开就重新路由恢复
流量分配：采用per-packet方案，也就是从一条路上返回一个确认包，就向这条路发送一个包
abstract
近年ad hoc网络中路由是最热门的领域，其中，按需驱动的路由被广泛研究，这与ad hoc网络中带宽受限而按需驱动的效果及效率有关。但大多按需驱动的路由协议只为每个会话建立一条路由，当有一条连接断开，路由协议就必须要启动路由恢复程序。
在有线网络的QoS路由中，多径路由非常通用，但是一般使用链路状态或者距离向量算法，这并不适用于ad hoc网络。
我们提出一个按需驱动的路由方案叫做“分割多径路由”SMR，能够最大化的建立和利用互斥路径。提供多路由将帮助最小化路由恢复和控制的开销。我们的协议使用一个per-packet分配方案将活跃会话的数据包分配到多个路径中。这个流量分配方案有效地利用了可用的网络资源并防止路由中的节点拥塞。我们仿真评估了这个方案。
I. introduction
ad hoc网络是一种即时可部署的无线网络，没有任何基站或者基础设施的支持。由于其易部署性，它再自动化战场、搜救、拥塞控制和灾难恢复中被很好的发展。ad hoc中的网络主机配备了分组无线电来进行它们之间的通信，由于这些分组无线电的传播距离很短（开放区域仅有150-250米），因此当通信双方不在对方区域内时路由就是多跳的。由于节点使用的电池能源首先，带宽也是有限的，且所有节点都是动态的，拓扑频繁改变，因此路由协议在ad hoc网络中游重要的作用。
最常用的时按需驱动的路由，这种方案不会定期的交换路由信息来保持整个拓扑的永久的路由表，按需路由的协议只会在节点需要发送数据包的时候建立路由。源泛洪包寻找目的节点并找到路由，仅有活跃路由的链路出现failure以后才会被更新。由于阶段性的路由交换被取消，控制开销变小，路由信息利用效率也提升了。但这类方案大都是单径的（DSR，AODV）
多径对带宽的提升、应对拥堵和突发性流量以及提升传递的可靠性很有用。有线网络中的多径路由协议使用基于表的算法（使用链路状态或者距离向量）来计算多径。但研究表明这些主动的协议（proactive）在移动网络由于过高的路由开销表现很差。一些已有的ad hoc的多径路由协议虽然按需建立了多路由，但流量并不会被分到条路径中，只有一条路径会被使用，然后初始路径断开后才会选择别的路
我们提出了SMR协议，可以最大化的建立互斥的路径。协议将会按需找到包含最短时延路径在内的多路由，且建立的路由不是必须一样长的。流量被分离到多条路径中可以防止拥塞且提升资源利用率。多路由将对网络通讯有益，尤其是移动网络中路由总是被频繁切换且链路质量总是很差。
后面II中介绍协议细节，III中进行仿真评估，IV中总结
II 分割多径路由
1. 路由发现
SMR是一种按需路由协议，它使用request/reply周期来建立路由。当源节点需要到目标节点的路由但不知道路由信息，它将会向整个网络洪泛路由请求（RREQ）。由于洪泛，很多重复的信息通过不同的路由抵达目标节点。目标节点选择多个互斥的路由然后通过选择的路径发送路由回复（RREP）包到源节点
i. RREQ传播
SMR最核心的目标就是找到最多的互斥路由，互斥的目的是不让特定的节点拥塞且让可用的网络资源得到有效的利用。为此，目标节点需要知道所有可行的路由。源节点发出的RREP应该包含路由过程中的节点且中间节点不允许发RREP消息回源节点（即使它们有到达目标节点的路由），因为如果像DSR和AODV一样返回中间节点cache里面的路由的话，就没有足够的RREQ抵达目标节点，目标节点不会知道中间节点的cache内容，也就很难建立最大的互斥路径了。
当源节点需要向目标节点发数据包但没有路由时，它发送RREQ包，这个包内有源节点ID和标识这个包的***。当一个非目标节点收到一个不重复的RREQ时，它将自己的ID加入到包内并重新广播这个包。仿真发现，丢掉所有重复的包只会生成大多数都重叠的路径，如图1所示
为防止路由重叠，本文介绍了一种不同的包转发方案。此方案不会丢掉所有重复的RREQ，中间节点仍会转发来自于与第一个包不同的上一跳的包，并要求这个包的跳数小于第一个RREQ包，图2是这种算法的路径，可以发现其中的互斥路径比上个算法更多。这个方案的缺点是会传递更多的RREQ包，但能找到尽可能多的互斥路径
ii. 路由选择算法
我们的方案中目的节点最终选择了两条路由，尽管有更多的互斥路由可以选择但我们限制为2条。一条是最短延迟的，也就是目标节点收到第一个RREQ的节点。使用这样的一条路径作为路径之一来最小化路由获取延迟。目标节点获取到第一个RREQ以后，记录整条路经并通过这个路由向源节点发送RREP。整条路径的节点ID都被记录在RREP中。然后目的节点等待一个有限的时间段来获取更多的RREQ并学习到更多的路由。最大互斥路由可以被选出来就是因为目标节点了解第一条路由和其他所有候选路由的所有路径信息。如果有多于一个有最大互斥路径的路由，那么选择最小跳数的路径。如果还是有多条，那就选择最早到达目的节点的那条。目的节点选完后将会把另一个RREP发送到源节点。
由于协议中使用源节点进行路由，中间节点不用cache，所以只有源节点需要维护到达目标节点的路由信息，节约了中间节点的存储，但包头比较大。
2. 路由维护
在移动、拥塞以及包冲突时，一个路由可能会断连。为了保证高效的路由，将断了的路由立即恢复非常重要。在SMR中，如果一个节点无法将数据包传递给路由的下一跳，那么这条链路被认为已经断了，它将会向上游发送路由错误（RERR），这个信息包括到达源节点的路由以及断连链路的上下游节点。一旦接收到PERR包，源节点将会移出所有使用这个路由的实体（无论目标节点是谁）。如果只是同一个会话的两条路由的其中一条失效了，那么源节点可以继续使用剩余那一条来传递消息
当源节点收到断连通知而会话仍在继续，它有两种路由发现策略可以选择：
i. 当有路由都断开，初始化一个路由恢复程序
ii. 只有一个会话的所有路由都断开才会初始化一个路由恢复程序
第一个方案将会经常重建路由，控制开销较大，但大多数时候都能提供多路径。
3. 分配粒度
在源节点洪泛RREQ并收到RREP后，它使用第一条找到的路径发送数据包，当找到第二条时，就有两条路径可以发送并把流量划分到两个路由中。使用简单的per-packet分配策略（也就是每收到某条路径的一条RREP回复，就向这条路分配一个包）。这个方案的一个缺点是无序，到目标节点后有重排序的负担（因此与TCP不能共存）。但我们相信，一个低成本的重排序buffer是很容易实现的。我们使用per-packet方案是因为这个方案在大多数网络中都工作比较好，且在ad hoc网络中很难得到网络状况的一些参数（比如可用带宽等）来实现更复杂的方案。
III 性能评估
1. 仿真环境
评估对比以下协议
i. SMR-1：在任意路由失效后都要启动路由恢复的SMR
ii. SMR-2：只有两条路由都失效才会启动路由回复
iii. DSR：动态源路由，只使用一条路径
在GloMoSim实现了一个仿真器，仿真器中包含50个移动host，在1000×1000米的空间中随机移动，每个主机的传播范围是250米，信道容量为2Mb/s。每次都仿真300s。
使用具有阈值截断的自由空间传播模型。在无线信道模型中，假定无线电在有干扰信号时能有足够强的信号能力，也就是无线电捕获。我们使用IEEE 802.11的分布式协调功能（DCF）左右媒体访问控制协议。一个流量生成器将会仿真持续的从源节点开始的比特速率的流量。总共生成20个数据会话，且每次源节点和目的节点都是随机挑选的。数据的payload是512字节。使用随机路径模型来作为移动模型，并生成了各种移动程度的场景。最小到最大的移动速度为0-10m/s
2. 结果和分析
图3是每种方案的吞吐，通过分组投递率的角度展示。分组投递成功率的计算是目的节点收到的包的量/源节点发送的包的量。两个SMR方案都比DSR表现更好，尤其是随着动态程度增加（也就是间隔时间变小）。DSR中只有一条路径在使用，当该路由失效的时候，源使用从包中overhearing偶然听到的路由。如果没有这样的可用的缓存的路由，就会发送RREQ来寻找新的路由。即使有这样的cache，无论是源节点还是中间节点的cache中存储的，都可能是过期的数据，那么在使用新路由时也可能最终只是发现这个路由仍是失效的，然后尝试路由恢复。在这个过程中将会丢掉很多包并产生更大的时延。
在SMR之间，SMR-2比SMR-1传的包更多。分析认为SMR-1的路由恢复程序产生的控制包将会导致与数据包的冲突。尽管SMR-2有时只会有一条路径在传播数据，但只要当前路径在连接中，就一直能够不产生冲突的传播数据，且有较好的吞吐
图4为每个协议中的丢包数，数据包和控制报都进行了测量。丢包的原因可能性：错误的路由信息、移动、冲突和拥塞。DSR没有准确的路由因此随着节点移动越频繁，丢包越多。使用cache来存储路由状态是DSR丢包的主要原因。两种SMR方案相较于DSR都有更少的丢包，其中SMR-2的丢包更少，因为它触发的路由恢复更少，控制信息更少。
图5是在标准化的路由负载的控制开销。标准化路由负载时网络中每个节点发送的控制信息量与目标节点获取的数据包的比值，这个值可以代表协议的效率。当没有移动的时候，DSR有最小的值，因为SMR需要更多的控制开销。，而DSR建立单路由，因此最小化了泛洪开销，且允许中间节点返回cache中已存储的路由，这对静态的网络是很有用的，因为存下的路由都是有效的。但随着动态性增加SMR-2的效率比DSR更高。DSR在初始化的时候开心啊哦哦较小，但是会触发更多的路由重构，且经常返回过期的cache信息。而且DSR在某个单播（数据，RREP和RERR）失败时将会发送RERR包，而SMR只会在数据包不可传时才会发送RERR包，因此SMR-2的标准化路由负载比DSR高。但SMR-1无论动态性如何效率都比其他协议低，因为它会在有路由断连时重新泛洪，因而需要更多的控制开销。
图6时平均跳数。当没有动态性的时候DSR的平均跳数最低，因为SMR的第二条路由可能比第一条的距离更远。但随着动态性提升，DSR的跳数距离比SMR更大。如果路由是目标节点直接建立的，它的跳数还是最小，因为它是根据最近的信息建立的，但DSR会使用中间节点的cache，这些路由可能比较老，不适用于当前的拓扑，因而造成DSR的路由更长。更长的跳数将会有更高的机会出现链路的断连
图7是端到端的时延。DSR在动态环境中有最长的时延，因为它选用的路由是最长的，且需要更长的时间来重建路由，相反，SMR使用的是剩余可用路由，因此不需要路由获取的时间延迟。
IV 结论
为ad hoc网络提出分割多径路由SMR协议，这是一种按需路由，可以创建最大互斥路由。方案为每个会话给出两条路由，分别是最短时延路由以及与该路由最大互斥的另一条路由。最大互斥的目的是防止某些链路拥塞，以及有效的网络资源利用。多路径在ad hoc网络的用处在于：路由经常断连，多径能让当前会话在一条路径断连时仍保持通信而不需要启动路由恢复。
在SMR中提出两种路由保持方案，一种是当一条活跃路由断开时要重建一对新的路由，另一种是只有在两条路由都断开才会重建。我们对这两种SMR以及单径的DSR进行了仿真，发现SMR由于DSR，因为多径对于动态鲁棒性更强。随着动态等级增强，表现的不同变得更加明显。SMR相对于DSR丢包率更低。将流量分散到多径中帮助分散网络中host的负载。SMR表现出更短的端对端时延，因为不是所有的路由断开都会导致一个新的路由获取的时延。SMR协议之间，第二种方案的效率更高，因为它使用了更少的路由恢复因此有更少的控制开销。
引用
下面给出一些仿真中可能用到的引用，年代久远，仅供参考
- 仿真平台（链接已失效）：UCLA Parallel Computing Laboratory and Wireless Adaptive Mobility Laboratory, GloMoSim: A Scalable Simulation Environment for Wireless and Wired Network Systems, http://pcl.cs.ucla.edu/projects/domains/glomosim.html.
- 传播模型（带有阈值截断的自由空间传播模型）：T.S. Rappaport, Wireless Communications: Principles and Practice, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, Oct. 1995.
- 分布式协调功能(DCF)：IEEE Computer Society LAN MAN Standards Committee, Wireless LAN Medium Access Protocol (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification, IEEE Std 802.11-1997. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, NY, 1997.
- 随机路点模型（移动节点移动的一种简单模型）：D.B. Johnson and D.A. Maltz, “Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Networks,” In Mobile Computing, edited by Tomasz Imielinski and Hank Korth, Chapter 5, Kluwer Academic Publishers, 1996, pp. 153-181.